Protecting digital circuits against hold time violations due to process variations

• Ano de defesa: 2007
• Autor(a) principal: Neuberger, Gustavo
• Orientador(a): Reis, Ricardo Augusto da Luz
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Circuitos integrados
• Palavras-chave em Inglês: Process variability; Hold time violations; On-chip testing; Clock skew; Flip-flop characterization; Race immunity; Microelectronics
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/12924

Com o desenvolvimento da tecnologia CMOS, os circuitos estão ficando cada vez mais sujeitos a variabilidade no processo de fabricação. Variações estatísticas de processo são um ponto crítico para estratégias de projeto de circuitos para garantir um yield alto em tecnologias sub-100nm. Neste trabalho apresentamos uma técnica de medida on-chip para caracterizar violações de tempo de hold de flip-flops em caminhos lógicos curtos, que são geradas por incertezas de borda de relógio em projetos síncronos. Usando um circuito programável preciso de geração de skew de relógio, uma resolução de medida de ~1ps é alcançada para emular condições de corrida. Variações estatísticas de violações de tempo de hold são medidas em tecnologias CMOS de 130nm e 90nm para diversas configurações de circuitos, e também para diferentes condições de temperatura e Vdd. Essas violações são um ponto crítico em projetos grandes com milhares de caminhos curtos, pois se apenas um desses caminhos falhar, todo o circuito não vai funcionar em qualquer freqüência. Usando os resultados medidos, a variabilidade é dividida entre sistemática e randômica residual usando métodos matemáticos. Testes de normalidade são aplicados a estes dados para verificar de eles são Gaussianos normais ou não. A probabilidade de violações de tempo de hold considerando nossos resultados medidos e skews de relógio típicos é calculada, mostrando que o problema de violações de tempo de hold aumenta com o avanço da tecnologia. Finalmente, um algoritmo para proteger circuitos digitais contra violações de tempo de hold em caminhos curtos é apresentado.